关于船王

    郑州市船王焊材有限公司是国内较早专业研制生产铝及铝合金焊丝的综合型企业。公司生产的“船王”牌焊丝适用于航天、航空、船舶、石油化工 、军工、食品包装及建筑冶金等领域。公司引进高新科技生产设备...更多>>
您所在的位置:首页 > 铝焊接知识 > 铝合金焊接产生裂纹的原因以及预防措施!!

铝焊接知识

铝合金焊接产生裂纹的原因以及预防措施!!

发布时间:2017年10月25日  浏览次数:

铝合金焊接产生裂纹的原因以及预防措施:

   铝合金材料是一种较常用的工艺材料,目前在机械制造业中应用十分广泛,尤其是在空气分离设备中,各种容器,塔器,换热器,冷却器,贮槽,管道等大多都采用铝合金材料。
   由于铝合金的导热系数大(大约为钢的4倍),冷却速度快,焊接熔池的一次结晶速度也快.另外,其线膨胀系数大(为钢的2倍),凝固时的体积收缩率为6.5%左右,易产生焊接变形,所以,铝合金焊缝的内应力及焊接接头刚性拘束力都比较大,若想对应力过大,复杂的受力状态会使焊缝产生热裂纹。

   铝合金材料的这些特点以及空分设备生产工艺的特殊性,使铝合金材料在脱脂加工.组装,焊接.探伤等工艺中的要求与一般碳钢材料不同。本文从热裂纹形成的机理和焊接工艺的角度分析铝合金焊接裂纹产生的原因,并提出防止措施。

铝合金焊接裂纹产生机理:

    在铝合金焊接过程中,由于材料的种类、性质和焊接结构不同,焊接接头中可能出现各种裂纹,裂纹可使结构强度降低,甚至引起整个结构的突然破坏。因此,焊缝中是绝不允许存在裂缝的。

铝合金焊接裂纹的种类:

    裂纹的形态和分布特征都很复杂,根据裂纹产生的部位,铝合金焊接裂缝可分为以下两种形式:

(1)焊缝金属中的裂纹。  焊缝金属中的裂纹包括纵向裂纹,横向裂纹,弧坑裂纹,发状或弧状裂纹,焊根裂纹和显微裂纹(尤其在多层焊时)。(2)热影响区的裂纹。 包括焊趾裂纹,层状裂纹和熔合线附近的显微热裂纹。

        如果按裂缝产生的温度区间,铝合金焊接裂缝又可分为热裂纹和冷裂纹。铝合金焊接焊缝中冷裂纹几乎很难看到,最常见的是焊接热裂纹。

热裂纹产生的机理:

  为了准确研究铝合金焊接热裂纹产生的机理,将其焊接熔池的结晶过程分为三个阶段。

        液固阶段, 焊接熔池在高温冷却开始结晶时,只有很少数量的晶核存在,随着温度的降低和冷却时间的延长,晶核逐渐长大,并出现新的晶核,但是,在这个过程中,液泪始终占有较多的份额。且相邻晶粒之间不接触,对还未凝固的的液态铝合金的自由流动没有阻碍,在这种情况下,即使有拉伸应力存在,倍拉开的缝隙也能即使的倍流动着的液态金属所填满。因此,在液固阶段基本不会产生裂纹。

        固液阶段。 在汉街熔池晶体继续进行时,焊池中固相不断增多,先前晶体的晶核不断壮大,当温度降低到某一数值时,已经凝固的铝合金金属晶体就会相互发生接触,并且不断倾轧在一起。这时候,业态铝合金的流动受到阻碍,也就是说熔池结晶进入了固液阶段的。因此,由于液态铝合金金属较少,晶体本身的变形可以强烈发展,晶体间残存的液相则很难流动,在拉伸应力作用下产生的微小缝隙都无法填充。这时,只要稍有拉伸应力的存在,就有产生裂纹的可能性,因此,这个阶段又叫做“脆性温度区”。

       完全凝固阶段。  熔池金属完全凝固后所形成的焊缝,受到拉应力时,就会表现出较好的强度和塑性,在这一阶段产生裂纹的可能性相对较小。一般情况下,杂质较少的金属 (母材和焊接材料)由于脆性温度区间较窄,拉应力在这个区间作用的时间比较短,使得焊缝的总应变量比较小,因此,焊接时产生的裂纹倾向较小。如果焊缝中杂质比较多,则脆性温度区间范围比较宽,拉伸应力在这个区间的作用时间就比较长,产生裂纹的可能性也比较大。

 

铝合金焊接热裂纹的预防措施:

根据铝合金焊接时产生热裂纹的机理,可以从冶金因素和工业因素两个方面进行改正,以降低铝合金焊接热裂纹产生的概率。

(1)改变金属结构

在冶金因素方面,为了防止焊接时产生晶间热裂纹,可以调整焊缝合金结构,或向铝合金中添加变质剂。如:将TI,Zr,V和B等微量元素作为变质剂加入到金属中,通过细化晶粒来改善焊缝的塑性,韧性,达到防止焊接热裂纹的目的。

(2)提高工艺水平

在工艺因素方面,主要应从焊接应力上着手解决焊接裂纹问题,可通过调整焊接工艺参数,预热,街头形式和焊接顺序等手段来实现。

(3)调整焊接工艺参数

焊接工艺参数凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态.也影响凝固过程中的应变增长速度.因而影响裂纹的产生,热量集中的焊接方法.有利于快速完成焊接过程,可防止形成方向性强的粗大柱状晶体.改善抗裂性,采用小的焊接电流.减慢焊接速度.可减少熔池过热现象.也有利于改善抗裂性。而提离焊接速度,将增大焊接接头的应变速度.从而增大热裂的倾向。

 


分段焊,预热或适当降低焊接速度

在铝合金结构装配,施焊时,为了不使焊缝承受很大的刚性,在工艺上可采取分段焊,预热或适当的降低焊接速度等措施,通过预热.可以使试件相对膨胀量较小.产生焊接应力慨率相应降低.从而减小在脆性溫度区间的应力。

可尽量采用开坡口和留小间隙的对接焊.并避免采用十字形接头及不适当的定位,焊接顺序。焊接结束或中断时,应及时填满弧坑,然后再移去热源,否则易引起弧坑裂纹。

材料的表面清理

对于铝合金的焊接,母材和填充材料的表面清理工作也相当重要。因为材料夹杂在焊缝中将成为裂纹产生的源头,并成为引起焊缝性能下降的最主要原因。

采取预防焊接变形的措施

铝合金凝固时的体积收缩率较大,罕见的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施。

预热

预热可减小焊接应力,避免裂纹,且有利于防止气孔的产生。对于薄板及小的函件,一般可不预热,对于母材厚度大于或等于5mm的焊接接头,应进行预热。预热温度为100~300℃,预热范围一般为焊缝两侧各100~150℃。

锤击分布应力

对高强度铝合金焊接接头,采用随焊锤击的方法,可以改变焊接接头的应力分布,大幅度减少裂纹出现的概率。


结语:

由于铝合金材料本身的特点,在复杂的受力状态下,会使焊缝产生热裂纹。这些裂纹会使结构强度降低,甚至引起整个结构的突然破坏,通过采取冶金或工艺方面的单项措施或多项措施,可以很好地预防铝合金焊接过程中出现的裂纹,提高铝合金焊接接头的质量,包装铝合金焊接结构的性能

您可以根据需求选择合适的焊丝,

如有疑问请致电船王焊材,有专业的焊接工程师来为您服务。

全国热线:400-8030-676

全体船王人欢迎您的来电!